JP3890056B2 - 慣性航法装置および慣性センサ故障判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、慣性航法装置および慣性センサ故障判定方法に関し、特に航空機等の移動体の３次元的位置を計測する場合に使用される慣性航法装置および慣性センサ故障判定方法に関する。

一般に航空機などの移動体においては、自己の飛行位置を計測するために慣性航法装置が用いられている。慣性航法装置にはジャイロおよび加速度計を含む慣性センサが具備されており、ジャイロから出力される角速度を積分することにより、移動体の姿勢角を演算出力し、加速度から出力される加速度を積分することにより、移動体の速度と位置を演算出力している。この慣性航法装置に対して、慣性センサが一組だけ使用されている場合には、慣性センサのジャイロまたは加速度計の何れかに故障障害が発生した場合に、移動体の姿勢角の演算処理、または速度、位置等の演算処理等の航法計算に誤差が生じて、移動体の正常な位置計測が不可能となる。

この慣性航法装置を航空機等の移動体のフライトコントロールなどの制御用として使用しない場合には、慣性センサの故障により航法計算に誤差が発生しても、致命的な故障にはならないが、フライトコントロールなどの制御用として使用される場合には、例えば航空機の事故などの原因となり重大な問題となる。このような問題を未然に防止するために、冗長系として複数の慣性航法装置を用いたり、ジャイロや加速度計などの慣性センサを複数個備えて冗長系を組み、故障した慣性航法装置または慣性センサを検出し、或いは故障した慣性航法装置または慣性センサを分離除外して、航空機などの事故を防止するようにしている。

上記の慣性センサに対応する冗長系の組み方としては、一般に、慣性センサを設定するセンサ軸として、直交３軸系を２組使用する方法（図１０(a)参照）、直交３軸系を３組使用する方法（図１０(b)参照）、直交３軸系プラス１軸スキューを使用する方法（図１０(c)参照）、４軸スキューを使用する方法（図１１(a)参照）および６軸スキューを使用する方法（図１１(b)参照）などが知られている。

また、１軸故障を許容する慣性航法システムを構成する場合には、少なくとも３つの慣性航法装置を必要としているが、これに対して、３つよりも少ない慣性航法装置で１故障を許容することができるシステムとしての初期のものが、特許文献１[米国特許３，４８９，００４号（1970年1月13日）]に示されている。この慣性航法装置は、少なくとも４個のセンサ機械的ジャイロスコープの内の１個が不完全な状態となった場合に、残りのジャイロスコープを、一つの慣性航法装置としての機能に利用できるとしているが現用としては好ましくない。また、特許文献２（特開平０６−１０２０５３）には、３軸に設定されるジャイロと加速度計を含む慣性センサを２系統用いて構成される故障許容慣性システムが示されている。この故障許容慣性システムは、ジャイロおよび加速度計を含む慣性センサを、それぞれ３個備えて構成される慣性航法装置を２組備えて１組の冗長系システムとして構成されており、１軸の慣性センサに性能劣化が生じた場合には、人間により双方の慣性航法装置の航法出力を比較照合して、その慣性センサの故障を識別できるものとしている。

米国特許３，４８９，００４ 特開平０６−１０２０５３

上述した従来の慣性センサに対応する冗長系の組み方において、図１０(a)のセンサ軸として、直交３軸系を２組使用する場合には、冗長系の組み方として、複数の慣性航法装置により冗長系が構成されるが、それぞれ直交３軸系の慣性センサーを２組使用しており、センサ数が６個に増大することによってコストアップになるという欠点がある。図１０(ｂ)の直交３軸系を３組使用する場合においても、複数の慣性航法装置により冗長系が構成されており、図１０(a)の場合よりも更にセンサ数が９個に増大してコストアップになるという欠点がある。また図１０(c)の直交３軸系プラス１軸スキューを使用する場合には、故障軸の検出は可能ではあるが、その故障軸を特定することが出来ないという欠点がある。図１１(a)の４軸スキューを使用する場合においても、同様に故障軸の検出は可能ではあるが、その故障軸を特定することが出来ないという欠点がある。また、図１１(b)の６軸スキューを使用する場合においては、慣性センサを６個設けることが必要となり、コストアップになるという欠点がある。特許文献２に示される故障許容慣性システムにおいては、２系統の慣性航法装置による故障許容システムとして構成されているが、それぞれの慣性航法装置において、少なくとも３個以上の慣性センサが設けられており、２系統の慣性航法装置に合わせて６個以上の慣性センサを必要とするためにコストアップとなり、高価になるという欠点がある。

本発明の目的は、上記の課題を解決し、センサ軸を最小数の場合に５軸スキューにより構成し、性能劣化を含む慣性センサの故障を分離して識別するために求められる慣性センサの数量を５個に低減させて、５つの慣性センサのみを使用することにより、安価な１軸故障を許容する慣性センサ故障分離システムを実現し、且つ、５つの慣性センサの内より、１つの慣性センサの故障分離に必要な航法計算量を従来の半分の５通りに低減することより、安価にして、情報処理負荷の軽減を図ることのできる慣性航法装置および慣性センサ故障判定方法を提供することにある。

前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。

（１）センサ軸が、円錐の母線に沿う形態にて等間隔に配置されたｎ(n≧５)軸スキューにより、冗長系システムを形成するジャイロと加速度計を含むｎ個の慣性センサと、
前記ｎ軸スキューにおいて、連続して隣接配置されることのないｎ通りの３軸スキューの組合わせに対応し、各３軸スキューの慣性センサからの慣性データ入力を受けて航法計算を行い、それぞれシャーシ座標系に対応する航法計算値を出力する第１〜第ｎの航法計算回路と、
第１〜第ｎの航法計算回路より出力されるｎ通りの航法計算値の内より、ｎ通りの航法計算値ペアを選択する条件として、該航法計算値ペアに関与するセンサ軸の組み合わせを、任意の４軸スキューのみに限定することにより得られるｎ通りの航法計算値ペアの配分出力を受けて、それぞれに該航法計算値ペア間の相互差を抽出して出力するｎ個の航法計算値比較回路を備え、これらの航法計算値比較回路によるｎ通りの航法計算値ペア間の相互差を入力とする判定回路であって、全ての航法計算値ペア間の相互差が所定の上限値以内に収まる場合には、ｎ軸スキューに故障軸が無いものと判定し、(ｎ−４)通りの航法計算値ペア間の相互差のみが所定の上限値以内に収まり、且つ他の４通りの航法計算値ペア間の相互差が所定の上限値以内に収まらない場合には、該４通りの航法計算値ペアに対し共通して関与している１センサ軸を故障軸であるものと判定して、これらの判定結果に対応する正常性判定信号を出力する正常性判定回路と、
前記正常性判定信号の入力を受けて、前記第１〜第ｎの航法計算回路より出力されるｎ通りの航法計算値の内より、正常性判定信号により指定される正常センサ軸に対応する航法計算値のみを選択して平均化処理を行い、シャーシ座標系に対応する航法計算値として出力する航法計算出力回路と
を備えることを特徴とする慣性航法装置。

（２）センサ軸が、円錐の母線に沿う形態にて等間隔に配置されたｎ(n≧５)軸スキューに設置されて、冗長系システムを形成するジャイロと加速度計を含むｎ個の慣性センサ故障判定方法において、
前記ｎ軸スキューの軸配置関係が、連続して隣接配置されることのない３軸スキューの組み合わせを、センサ出力配分線路によりｎ通り選択する第１のステップと、
第１のステップにおいて選択されたｎ通りの３軸スキューの各組み合わせに対応して、航法計算回路により、それぞれ３軸スキューの慣性センサからの慣性データを用いて航法計算を行い、シャーシ座標系に対応するｎ通りの航法計算値を出力する第２のステップと、
前記ｎ通りの航法計算値の内より航法計算値ペアを選択する条件として、該航法計算値ペアに関与するセンサ軸の組み合わせを任意の４軸スキューのセンサ軸に限定して、計算出力配分線路により航法計算値ペアを選択する第３のステップと、
航法計算値比較回路により、前記ｎ通りの航法計算値ペアごとにペア相互間の航法計算値を比較照合して、該航法計算値ペアの相互差をｎ通り抽出する第４のステップと、
前記航法計算値ペアの相互差が全ての航法計算値ペアについて所定の上限値以内に収まる場合には、ｎ軸スキューの全センサ軸に故障軸が無いものとして判定し、そのペア相互間の相互差が（ｎ−４）通りの航法計算値ペアにおいてのみ所定の上限値以内に収まり、他の４通りの航法計算値ペアにおいては所定の上限値以内に収まらない場合には、該４通りの航法計算値ペアに対して共通して関与している１センサ軸に故障ありと、判定回路により判定する第５のステップと
を有することを特徴とする慣性センサ故障判定方法。

上記の構成または方法によれば、選択された３軸スキューの組み合わせより計算された航法計算値の内より、任意の４軸スキューのみに限定して航法計算値ペアが選択され、それぞれに該航法計算値ペアの相互差が抽出されて、全ての航法計算値ペアの相互差が所定の上限値以内に収まる場合には、故障軸が存在しないものと判定され、４通りの航法計算値ペアの相互差が該上限値以内に収まることなく、該４通りの航法計算値ペア以外の（ｎ−４）通りの航法計算値ペアの相互差のみが所定の上限値以内に収まる場合には、該４通りの航法計算値ペアに対して共通して関与している１センサ軸が故障軸であるものとして分離判定され、正常軸に対する航法計算値の平均値がシャーシ軸に対応する航法計算値として出力される。

以上説明したように、本発明は、冗長系システムを形成するセンサ軸を最小数の場合に５軸スキューにより形成し、１軸故障許容システムの構成に対応して搭載する慣性センサの数量を５個に低減するとともに、性能劣化を含む慣性センサの故障という事態に対して、該慣性センサの故障を分離して識別するために必要とする航法計算量を従来に対比して半減することを可能とし、コストおよび価格の低減を図ることができるとともに、情報処理負荷の軽減を図ることができるという効果がある。

先ず本発明の慣性航法装置の実施形態について説明する。図１は本実施形態の主要部を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施形態は、センサ軸が円錐の母線に沿う形態にて等間隔に配置されたｎ(n≧５)軸スキューに設置されて、冗長系システムを形成するジャイロと加速度計を含むｎ通りの慣性センサ１−１，１−２，………，１−ｎと、センサ出力配分線路７を介して配分出力される慣性データの入力を受けて、それぞれ所定の航法計算を行うｎ通りの航法計算回路２−１，２−２，………，２−ｎと、計算出力配分線路８を介して配分出力される航法計算値ペアの入力を受けて、それぞれ航法計算値ペアの相互差を抽出して出力するｎ通りの航法計算値比較回路４−１，４−２，………，４−ｎと、ｎ通りの航法計算値ペアの相互差を受けて、ｎ軸スキューにおけるセンサ軸の正常性を判定し、正常なセンサ軸を指定する正常性判定信号を出力する判定回路５と、該正常性判定信号により、正常なセンサ軸による航法計算値を選択して出力する航法計算出力回路６とを備えており、この内、航法計算値比較回路４−１，４−２，………，４−ｎと判定回路５は、正常性判定回路３の内部構成要素として構成される。

図１において、慣性センサ１−１，１−２，………，１−ｎより出力される角速度および加速度を含む慣性データは、センサ出力配分線路７を介して配分出力されて、航法計算回路２−１，２−２，………，２−ｎに入力される。その場合に、配分出力される慣性データは、連続して隣接配置されることのないセンサ軸に対応するｎ通りの３軸スキューからの慣性データに区分されて、それぞれ対応する航法計算回路２−１，２−２，………，２−ｎに入力される。これらの航法計算回路においては、それぞれ３軸スキューからの慣性データの配分出力を受けて航法計算が行われ、シャーシ座標系に対応するｎ通りの航法計算値が出力される。このｎ通りの航法計算値は、計算出力配分線路８を介して直接航法計算出力回路６に送出されるとともに、これらのｎ通りの航法計算値の内より、任意の４軸スキューのみに設置された慣性センサが関与するｎ通りの航法計算値ペアが選択されて、それぞれ計算出力配分線路８を介して、正常性判定回路３の内部に含まれる航法計算値比較回路４−１，４−２，………，４−ｎに入力される。これらの航法計算値比較回路においては、航法計算値ペアの配分入力を受けて、それぞれにおいて該航法計算値ペアの相互差が抽出され、抽出された航法計算値ペアの相互差は判定回路５に入力される。判定回路５においては、航法計算値比較回路４−１，４−２，………，４−ｎより入力される各航法計算値ペアの相互差が、所定の上限値以内に収まっているか否かの判定処理が行われて、これらの相互差が全て所定の上限値以内に収まっている場合には、ｎ軸スキューの全てのセンサ軸に故障が無いものと判定され、また(ｎ−４)通りの航法計算値ペアの相互差のみが所定の上限値以内に収まり、且つ他の４通りの航法計算値ペアの相互差が該上限値以内に収まらない場合には、該４通りの航法計算値ペアに対して共通して関与している１センサ軸が故障軸であるものと判定されて、これらの判定結果を受けて、正常なセンサ軸を指定する正常性判定信号が出力されて航法計算出力回路６に入力される。航法計算出力回路６においては、該正常性判定信号の入力を受けて、計算出力配分線路８を介して、航法計算回路２−１，２−２，………，２−ｎより入力されるｎ通りの航法計算値の内より、正常性判定信号により指定された正常なセンサ軸に対応する航法計算値のみが選択され、該航法計算値に対する平均化処理が行われてシャーシ座標系に対応する航法計算値として出力される。本実施形態においては、１センサ軸に性能劣化を含む故障慣性センサが存在する場合には、該故障センサ軸は、航法計算値ペアの相互差が前記上限値を上回る(ｎ−４)通りの航法計算値ペアに対し、共通して関与するセンサ軸として明確に分離識別される。

次に、本発明の慣性航法装置の１実施例について、ｎ＝５の場合を例として説明する。図４は本実施例の構成を示すブロック図である。図４に示されるように、本実施例は、円錐の母線に沿う形態にて等間隔に配置された５軸スキューに設置され、冗長系システムを形成する５つの慣性センサ１−１，１−２，１−３，１−４および１−５と、連続して隣接配置されることのないセンサ軸に対応する３軸スキューからの慣性データを、センサ出力配分線路７を介して配分入力し、航法計算を行ってシャーシ座標に対応する航法計算値を出力する航法計算回路２−１，２−２，２−３，２−４および２−５と、これらの航法計算回路より出力される５通りの航法計算値の内より、任意の４軸スキューのみに設置されている慣性センサが関与する５通りの航法計算値ペアを、計算出力配分線路８を介して配分入力し、それぞれにおいて航法計算値ペアの相互差を抽出して出力する航法計算値比較回路４−１，４−２，４−３，４−４および４−５と、これらの航法計算値比較回路より出力される５通りの航法計算値ペアの相互差を入力して、全ての航法計算値ペアの相互差が所定の上限値以内に収まる場合には、５軸スキューのセンサ軸に故障軸が無いものと判定し、１つの航法計算値ペアの相互差のみが所定の上限値以内に収まり、他の４通りの航法計算値ペアの相互差が所定の上限値以内に収まらない場合には、該４通りの航法計算値ペアに対し共通して関与する１センサ軸を故障軸と判定して、判定結果に対応する正常性判定信号を出力する判定回路５と、計算出力配分回路８を介して入力される航法計算回路２−１，２−２，２−３，２−４および２−５による航法計算値の内より、正常性判定信号により指定される正常な航法計算値を選択し、平均化処理してシャーシ座標系に対応する航法計算値として出力する航法計算出力回路６とを備えて構成される。
なお航法計算値比較回路４−１〜４−５と判定回路５は、正常性判定回路３の内部構成要素として構成されている。

ここにおいて、本実施例において、慣性センサ１−１〜１−５より出力される５通りの慣性データが、航法計算回路２−１〜２−５において計算されて航法計算値として出力され、そして航法計算値比較回路４−１〜４−５において航法計算値ペアの相互差が抽出されて、判定回路５においてセンサ軸（または慣性センサ：以下においてはセンサ軸にて記載）の正常性が判定されるまでの過程において、該センサ軸が、どのように関与しているかについて説明する。図５は、センサ軸が関与する経過状態を模式的に示した図である。図５においては、慣性センサ１−１，１−２，１−３，１−４および１−５が設置されるセンサ軸を、それぞれＳ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4およびＳ5の記号により示しており、航法計算回路２−１，２−２，２−３，２−４および２−５において、航法計算する際の３センサ軸の組み合わせを、それぞれＮ1(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ4)、Ｎ2(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ4)、Ｎ3(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ5)、Ｎ4(Ｓ2,Ｓ3,Ｓ5)およびＮ5(Ｓ2,Ｓ4,Ｓ5)として示し、航法計算値比較回路４−１，４−２，４−３，４−４および４−５において、航法計算値ペアの相互差を抽出する際の４通りのセンサ軸の組み合わせについては、Ｃ1（Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4）、Ｃ2(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ5)、Ｃ3(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ4,Ｓ5), Ｃ４(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ4,Ｓ5)および
Ｃ5(Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4,Ｓ5)として示している。また、図６の表１には、図５に示されている航法計算値比較回路４−１，４−２，４−３，４−４および４−５における４通りのセンサ軸の組み合わせＣ1（Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4）、Ｃ2(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ5)、Ｃ3(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ4,Ｓ5), Ｃ４(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ4,Ｓ5)およびＣ5(Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4,Ｓ5)に対応して、センサ軸Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4およびＳ5の何れかに故障が生じた場合の判定の様子が○●（○は故障なし、●は故障あり）により表示されている。この表１より明らかなように、センサ軸Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4およびＳ5の全てにおいて故障無しの場合には、各組み合わせＣ1、Ｃ2、Ｃ3、Ｃ４およびＣ5の全てに対応して○が示されており、１例としてセンサ軸Ｓ1が故障している場合には、該センサ軸Ｓ1が関与しているＣ1、Ｃ2、Ｃ3およびＣ４の各組み合わせには、全てにわたり●が示されており、故障センサＳ1が関与していないＣ5(Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4,Ｓ5)の組み合わせにのみ故障なし○が示されている。このことは、他のセンサ軸Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4またはＳ5等が、それぞれ故障している場合においても同様である。前述の判定回路５においては、例えばセンサ軸Ｓ1が故障している場合には、図６の表１に示される故障判定基準に沿う形で、故障軸としてのセンサ軸Ｓ1が分離識別され、Ｃ5(Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4,Ｓ5)の組み合わせに含まれる４通りのセンサ軸Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4およびＳ5が、故障のないセンサ軸として判定されている。

図７に示される表２は、本実施例において、センサ軸Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4およびＳ5の各センサ軸が、それぞれ個別に故障軸になっている場合について、航法計算回路２−１，２−２，２−３，２−４および２−５より出力される５通りの航法計算値Ｘ，Ｙ，Ｚの数値例を示した表である。表２においては、それぞれのセンサ軸の故障に対応して、航法計算における３軸の組み合わせＮ1(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ4)、Ｎ2(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ4)、Ｎ3(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ5)、Ｎ4(Ｓ2,Ｓ3,Ｓ5)およびＮ5(Ｓ2,Ｓ4,Ｓ5)に対応する航法計算値に対する影響度が示される。なお本表における航法計算値は、移動体に搭載される慣性航法装置の正常センサ軸により得られる航法計算値のＸおよびＹが、それぞれ０となるように仮設定して求められている。表２より明らかなように、例えば、センサ軸Ｓ1の故障時には、３軸の組み合わせ内に、センサ軸Ｓ1の関与が除去されているＮ4(Ｓ2,Ｓ3,Ｓ5)およびＮ5(Ｓ2,Ｓ4,Ｓ5)の各組み合わせにおいて航法計算値がＸ＝０，Ｙ＝０およびＺ＝０となり、センサ軸Ｓ1が関与しているＮ1(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ4)、Ｎ2(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ4)およびＮ3(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ5)の各組み合わせにおいては、航法計算値が正常値となっていない。このことは、他のＳ2,Ｓ3,Ｓ4およびＳ5の各センサ軸が故障している場合についても同様である。

次に、本発明の慣性センサ故障判定方法の実施形態について説明する。図２および図３は本実施形態の処理手順のフローチャートを示す図である。本実施形態は、前記慣性航法装置の実施形態において、センサ軸が、円錐の母線に沿う形態にて等間隔に配置されたｎ(n≧５)軸スキューに設置されて、冗長系システムを形成するジャイロと加速度計を含むｎ個の慣性センサについて、その不具合の発生または故障の有無を判定し、且つ、その不具合/故障による不良慣性センサを分離識別することのできる慣性センサ故障判定方法である。
図２および図３において、先ずステップＳ1において、円錐の母線に沿う形態にて等間隔に配置されたｎ軸スキューに設置され、冗長系システムを形成するｎ個の慣性センサに対応して、該ｎ軸スキューの軸配置として連続して隣接配置されることのない３軸スキューのセンサ軸の組み合わせを、航法計算を行うための対象軸としてｎ通り選択する。このステップＳ1において選択されたｎ通りの３軸スキューのセンサ軸の組み合わせに対応し、ステップＳ2においては、それぞれの３軸スキューの慣性センサからの慣性データを用いて航法計算を行い、ｎ通りのシャーシ座標系に対応する航法計算値を出力する。ステップＳ3においては、前記ｎ通りのシャーシ座標系に対応する航法計算値の内より、一対の航法計算値より成る航法計算値ペアを選択する。この選択においては、航法計算値ペアに関与するセンサ軸の組み合わせを、任意の４軸スキューのセンサ軸のみに限定してｎ通りの航法計算値ペアを選択する。次いでステップＳ4においては、該ｎ通りの航法計算値ペアについて、それぞれ航法計算値ペア間の相互の計算値の差をとり、航法計算値ペアの相互差としてｎ通りの相互差を抽出する。ステップＳ5においては、ステップＳ4において抽出されたｎ通りの航法計算値ペアの相互差が、全ての航法計算値ペアについて所定の上限値以内に収まる場合には、ｎ軸スキューの全センサ軸に故障軸が無いものとして判定し、また航法計算値ペアの相互差が（ｎ−４）通りの航法計算値ペアにおいてのみ所定の上限値内に収まり、他の４通りの航法計算値ペアにおいては所定の上限値内に収まらない場合には、該４通りの航法計算値ペアに対して共通して関与している１センサ軸に故障があるものとして判定する。次いで第６のステップにおいては、前記第５のステップにおいて、ｎ軸スキューの全センサ軸に故障軸が存在しないと判定される場合には、前記ｎ通りの全ての航法計算値に対する平均化処理を行い、シャーシ座標系に対応する航法計算値として出力し、また１センサ軸に故障があるものと判定される場合には、前記ｎ通りの航法計算値の内より、故障センサ軸を除く正常なセンサ軸に対応する（ｎ−３）通りの航法計算値のみを選択して平均化処理を行い、シャーシ座標系に対応する航法計算値として出力する。

この慣性センサ故障判定方法によれば、１センサ軸に性能劣化を含む慣性センサの故障が生じた場合には、第５のステップにおいて、航法計算値ペアの相互差が（ｎ−４）通りの航法計算値ペアにおいてのみ所定の上限値内に収まり、他の４通りの航法計算値ペアにおいては所定の上限値内に収まらない場合に対応して、該４通りの航法計算値ペアに対して共通して関与している１センサ軸に故障があるものとして、明確に故障慣性センサを分離識別することができる。

次に、本発明の慣性センサ故障判定方法の１実施例について、ｎ＝５の場合を例として説明する。図８および図９は、本実施例の処理手順のフローチャートを示す図である。図８および図９において、ステップＳ11において、５軸スキューの軸配置として連続して隣接配置されることのない３軸スキューのセンサ軸の組み合わせを、航法計算を行うための対象軸として５通り選択する。この場合における３軸の組み合わせは、Ｎ1(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ4)、Ｎ2(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ4)、Ｎ3(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ5)、Ｎ4(Ｓ2,Ｓ3,Ｓ5)およびＮ5(Ｓ2,Ｓ4,Ｓ5)となる(図５を参照)。ステップＳ12においては、これらの３軸スキューの組み合わせＮ1、Ｎ2、Ｎ3、Ｎ4およびＮ5のそれぞれに対応する慣性センサの慣性データを用いて航法計算を行い、５通りのシャーシ座標系に対応する航法計算値を出力する。ステップＳ13においては、前記５通りのシャーシ座標系に対応する航法計算値の内より、一対の航法計算値より成る航法計算値ペアを選択する。この航法計算値ペアの選択においては、航法計算値ペアに関与するセンサ軸の組み合わせを、任意の４軸スキューのセンサ軸のみに限定して５通りの航法計算値ペアを選択する。この場合における４通りのセンサ軸の組み合わせは、Ｃ1（Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4）、Ｃ2(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3,Ｓ5)、Ｃ3(Ｓ1,Ｓ2,Ｓ4,Ｓ5), Ｃ４(Ｓ1,Ｓ3,Ｓ4,Ｓ5)およびＣ5(Ｓ2,Ｓ3,Ｓ4,Ｓ5)となる(図５を参照)。次いでステップＳ14においては、該５通りの航法計算値ペアについて、それぞれ航法計算値ペア間の相互の計算値の差をとり、航法計算値ペアの相互差として５通りの相互差を抽出する。ステップＳ15においては、ステップＳ14において抽出された５通りの航法計算値ペアの相互差が、全ての航法計算値ペアについて所定の上限値以内に収まる場合には、５軸スキューの全センサ軸に故障軸が無いものとして判定し、また航法計算値ペアの相互差が、１つの航法計算値ペアにおいてのみ所定の上限値内に収まり、他の４通りの航法計算値ペアにおいては所定の上限値内に収まらない場合には、該４通りの航法計算値ペアに対して共通して関与している１センサ軸に故障があるものとして判定する。この判定結果については、図６に示される表１を参照することにより明らかである。次いで第６のステップにおいては、前記第５のステップにおいて、５軸スキューの全センサ軸に故障軸が存在しないと判定される場合には、前記５通りの全ての航法計算値に対する平均化処理を行い、シャーシ座標系に対応する航法計算値として出力し、また１センサ軸に故障があるものと判定される場合には、前記５通りの航法計算値の内より、故障センサ軸を除く正常なセンサ軸に対応する２通りの航法計算値のみを選択して平均化処理を行い、シャーシ座標系に対応する航法計算値として出力する。

この慣性センサ故障判定方法によれば、１センサ軸に性能劣化を含む慣性センサの故障が生じた場合には、ステップＳ15において、航法計算値ペアの相互差が１つの航法計算値ペアにおいてのみ所定の上限値内に収まる場合には、上限値内に収まらない他の４通りの航法計算値ペアに対して共通して関与している１センサ軸に故障があるものとして、明確に故障慣性センサを分離識別することができる。また、本実施の形態の慣性センサ故障判定方法は、センサ軸の数ｎが５のときに適用したが、本発明の方法はセンサ軸の数ｎが６又はそれ以上であっても適用できる。

本発明の慣性航法装置の実施形態を示すブロック図である。 本発明の慣性センサ故障判定方法の実施形態のフローチャート（１）を示す図である。 前記慣性センサ故障判定方法の実施形態のフローチャート（２）を示す図である。 前記慣性航法装置の１実施例の構成を示すブロック図である。 慣性航法装置の１実施例における、センサ軸（慣性データ）の関与の流れを示す模式図である。 故障軸と航法計算値ペア内のセンサ軸（慣性データ）組み合わせとの対応表（表１）を示す図である。 故障軸と航法計算時のセンサ軸（慣性データ）組み合わせとの対応表（表２）を示す図である。 本発明の慣性センサ故障判定方法の１実施例のフローチャート（１）を示す図である。 前記慣性センサ故障判定方法の１実施例のフローチャート（２）を示す図である。 従来のセンサ軸の冗長系を組む形態を示す斜視図（１）である。 従来のセンサ軸の冗長系を組む形態を示す斜視図（２）である。

符号の説明

１−１〜１−ｎ 慣性センサ
２−１〜２−ｎ 航法計算回路
３ 正常性判定回路
４−１〜４−ｎ 航法計算値比較回路
５ 判定回路
６ 航法計算出力回路
７ センサ出力配分線路
８ 計算出力配分線路

Claims (2)

1. センサ軸が、円錐の母線に沿う形態にて等間隔に配置されたｎ(n≧５)軸スキューにより、冗長系システムを形成するジャイロと加速度計を含むｎ個の慣性センサと、
   前記ｎ軸スキューにおいて、連続して隣接配置されることのないｎ通りの３軸スキューの組合わせに対応し、各３軸スキューの慣性センサからの慣性データ入力を受けて航法計算を行い、それぞれシャーシ座標系に対応する航法計算値を出力する第１〜第ｎの航法計算回路と、
   第１〜第ｎの航法計算回路より出力されるｎ通りの航法計算値の内より、ｎ通りの航法計算値ペアを選択する条件として、該航法計算値ペアに関与するセンサ軸の組み合わせを、任意の４軸スキューのみに限定することにより得られるｎ通りの航法計算値ペアの配分出力を受けて、それぞれに該航法計算値ペア間の相互差を抽出して出力するｎ個の航法計算値比較回路を備え、これらの航法計算値比較回路によるｎ通りの航法計算値ペア間の相互差を入力とする判定回路であって、全ての航法計算値ペア間の相互差が所定の上限値以内に収まる場合には、ｎ軸スキューに故障軸が無いものと判定し、(ｎ−４)通りの航法計算値ペア間の相互差のみが所定の上限値以内に収まり、且つ他の４通りの航法計算値ペア間の相互差が所定の上限値以内に収まらない場合には、該４通りの航法計算値ペアに対し共通して関与している１センサ軸を故障軸であるものと判定して、これらの判定結果に対応する正常性判定信号を出力する正常性判定回路と、
   前記正常性判定信号の入力を受けて、前記第１〜第ｎの航法計算回路より出力されるｎ通りの航法計算値の内より、正常性判定信号により指定される正常センサ軸に対応する航法計算値のみを選択して平均化処理を行い、シャーシ座標系に対応する航法計算値として出力する航法計算出力回路と
   を備えることを特徴とする慣性航法装置。
2. センサ軸が、円錐の母線に沿う形態にて等間隔に配置されたｎ(n≧５)軸スキューに設置されて、冗長系システムを形成するジャイロと加速度計を含むｎ個の慣性センサ故障判定方法において、
   前記ｎ軸スキューの軸配置関係が、連続して隣接配置されることのない３軸スキューの組み合わせを、センサ出力配分線路によりｎ通り選択する第１のステップと、
   第１のステップにおいて選択されたｎ通りの３軸スキューの各組み合わせに対応して、航法計算回路により、それぞれ３軸スキューの慣性センサからの慣性データを用いて航法計算を行い、シャーシ座標系に対応するｎ通りの航法計算値を出力する第２のステップと、
   前記ｎ通りの航法計算値の内より航法計算値ペアを選択する条件として、該航法計算値ペアに関与するセンサ軸の組み合わせを任意の４軸スキューのセンサ軸に限定して、計算出力配分線路により航法計算値ペアを選択する第３のステップと、
   航法計算値比較回路により、前記ｎ通りの航法計算値ペアごとにペア相互間の航法計算値を比較照合して、該航法計算値ペアの相互差をｎ通り抽出する第４のステップと、
   前記航法計算値ペアの相互差が全ての航法計算値ペアについて所定の上限値以内に収まる場合には、ｎ軸スキューの全センサ軸に故障軸が無いものとして判定し、そのペア相互間の相互差が（ｎ−４）通りの航法計算値ペアにおいてのみ所定の上限値以内に収まり、他の４通りの航法計算値ペアにおいては所定の上限値以内に収まらない場合には、該４通りの航法計算値ペアに対して共通して関与している１センサ軸に故障ありと、判定回路により判定する第５のステップと
   を有することを特徴とする慣性センサ故障判定方法。

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